[发明专利]包括传感器阵列的用于机器人的缓冲器

说明书

技术领域

本发明涉及用于使机器人与其物理环境交互从而允许所述机器人检测与物体的碰撞且确定所述碰撞的程度或碰撞力、所述碰撞的位置及/或所述碰撞的方向的工具。本发明还提供用于保护机器人免受此类碰撞的缓冲器。

背景技术

历史上，机器人触摸传感器并入到机器人缓冲器组合件中。此类缓冲器组合件为与机器人底盘间隔开且从机器人底盘悬吊下来的刚性、可移动缓冲器。通常，此类缓冲器包含刚性外壳，所述刚性外壳通过一系列硬件(例如，枢轴/缓冲器臂及盘簧)从机器人底盘悬吊下来。所述弹簧吸收碰撞能量，但需要高碰撞力，即要求缓冲器在触发开关以指示已发生碰撞事件之前偏转若干毫米以吸收所述能量。刚性缓冲器相对于机器人的刚性底盘的偏转不仅需要容积排量来致动而且在外部上产生可视缝隙及夹点。所述臂及弹簧的使用需要产生机械安装复杂性且可能导致机械故障的许多移动部件。缓冲器与机器人之间的距离产生尘埃及碎片可在其中聚集的空间。

检测碰撞的位置受到可经济地并入到机器人的机械几何形状中的开关及悬挂点的数目的限制。对于许多机器人，使用两个开关，即左开关及右开关。这最多允许三个检测区，即右、左及中间检测区(如果两个开关均触发)。使用此类开关时的几何限制妨碍机器人检测其何时从上方(例如在楔入情形中)接收到压力的能力。类似地，机器人无法确定碰撞程度或碰撞力。

不采用复杂机械安装的替代缓冲器设计利用围绕机器人的前部定位的碳球类型的接触件。此结构具有若干缺陷。举例来说，碳球缓冲器结构的重量较大并改变机器人的重心。此外，碳球缓冲器结构造价昂贵且所述缓冲器的外观不均匀，使其在美学上对消费者来说较不悦目。

发明内容

本发明的一个方面提供一种机器人缓冲器组合件，其包含缓冲器主体及第一及第二传感器阵列。所述第一传感器阵列沿着缓冲器主体的前向部分的外围安置且在轮廓上与所述外围相符。所述第一传感器阵列在沿着缓冲器主体的前向部分的外围的轮廓的位置处感测与外部环境的接触。所述第二传感器阵列沿着机器人主体的前向部分的顶部的外围安置且在轮廓上与所述外围相符。所述顶部成角度地向上斜升。所述第二传感器阵列在沿着缓冲器主体的成角顶部的外围的位置处感测与外部环境的接触。

本发明的实施方案可包含以下特征中的一或多者。所述第一传感器阵列可沿着缓冲器主体的前向部分的高度垂直延伸。在一些实例中，所述机器人缓冲器进一步包含沿着缓冲器主体的前向部分的外围安置且在轮廓上与所述外围相符的第三传感器阵列。所述第三传感器阵列在沿着缓冲器主体的前向部分的外围的轮廓的位置处感测与外部环境的接触。所述第三传感器可沿着缓冲器主体的前向部分与所述第一传感器阵列垂直间隔开。所述第一及第二传感器阵列可为压敏的。此外或替代地，所述第二传感器阵列可沿着缓冲器主体的成角顶部的高度垂直延伸。在一些实例中，所述成角顶部是弯曲的。

在一些实施方案中，所述机器人缓冲器进一步包含第四传感器阵列。所述第四传感器阵列可沿着缓冲器主体的前向部分的成角顶部的外围邻近所述第二传感器阵列而安置。此外，所述第四传感器阵列可在轮廓上与所述成角顶部的表面相符且可在沿着缓冲器主体的成角顶部的外围的位置处感测与外部环境的接触。所述缓冲器主体可界定实质上圆形的外围或至少部分正方形的外围。

在一些实例中，所述机器人缓冲器组合件可包含安置在缓冲器主体的前向部分上的非接触式传感器阵列。所述非接触式传感器阵列可垂直间隔在所述第一传感器阵列与所述第二传感器阵列之间。所述第一及第二传感器阵列可为膜片开关，所述膜片开关具有由分隔物层分隔的第一及第二导电层。

本发明的另一方面提供一种机器人，所述机器人包含机器人底盘，所述机器人底盘具有界定机器人底盘的外围的侧边缘及上边缘。所述机器人包含用于感测机器人底盘与外部环境之间的碰撞的膜片开关及用于将来自所述机器人底盘与外部环境之间的碰撞的能量传输到所述膜片开关的力传输层。

在一些实施方案中，所述膜片开关感测所述机器人底盘的侧边缘及上边缘上的碰撞。此外，所述膜片开关可沿着机器人底盘的侧边缘具有第一灵敏度且可沿着机器人底盘的上边缘具有第二灵敏度。所述第一灵敏度可大于所述第二灵敏度。此外或替代地，所述膜片开关围绕机器人底盘的整个外围延伸。所述机器人底盘可具有近似圆形的外围或局部正方形的外围。在一些实例中，所述膜片开关包含由分隔物层分隔的第一及第二导电层。